光的粒子性教學(xué)設(shè)計

1、高二年級物理學(xué)科光的粒子性課堂教學(xué)設(shè)計巍山一中 朱廣澤一、設(shè)計思想本節(jié)課設(shè)計的基本理念是：以學(xué)生為主體，以學(xué)生的發(fā)展為中心，發(fā)揮物理學(xué)科教育效應(yīng)優(yōu)勢，促進學(xué)生知識、技能、品德三維一體的全面發(fā)展。思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。本節(jié)內(nèi)容比較難講，到底怎樣講學(xué)生易于接受？教學(xué)界一直在探索，本節(jié)以實驗演示引入，在引入階段讓學(xué)生充分討論兩個問題：“為什么在紫外線的照射下鋅板中的自由電子會跑出來呢？”“為什么用紅光照射鋅板打不出電子？”這樣的引入激發(fā)

2、了學(xué)生的興趣，為即將進行的教學(xué)做好了準備。光電效應(yīng)的實驗規(guī)律部分是激發(fā)學(xué)生想象力的關(guān)鍵，不能簡單地將知識灌輸給學(xué)生，“存在飽和電流、遏止電壓、截至頻率、效應(yīng)的瞬時性”每一個問題都讓學(xué)生從已有的知識出發(fā)去探討，再和實驗結(jié)果進行比較，學(xué)生會真切感受到經(jīng)典理論的局限性和光電效應(yīng)的神奇性，增強教學(xué)效果。有了前面的鋪墊，愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋便呼之欲出，順利成章了。整個設(shè)計以貫穿三維目標為基調(diào)，以培養(yǎng)學(xué)生想象了為主軸，以教材知識線索為主線。二、教材分析本節(jié)知識由光電效應(yīng)的實驗規(guī)律、光電效應(yīng)解釋中的疑難、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程、康普頓效應(yīng)和光子的動量五部分組成，內(nèi)容較多，難度也較大，教材把這些內(nèi)容放在這

3、一節(jié)里，是希望通過這一節(jié)的學(xué)習(xí)能讓學(xué)生對光子有一個全面的認識。本節(jié)知識也是本章的重點內(nèi)容。光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)是認識光的粒子性的重要依據(jù)，愛因斯坦用量子思想對光電效應(yīng)的解釋是科學(xué)轉(zhuǎn)折的重大信號，更多的科學(xué)家開始關(guān)注普朗克提出的量子觀點，并開創(chuàng)了新的局面。光電效應(yīng)實驗是本節(jié)的“根”，要創(chuàng)造條件做好實驗。三、學(xué)情分析學(xué)生對光的波動性還沒有學(xué)習(xí)，這樣就增加了對這節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)的難度，只有采用在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前讓學(xué)生先學(xué)習(xí)一些有關(guān)光的波動性的知識，即經(jīng)典的電磁理論知識。四、教學(xué)目標（一）知識與技能1通過實驗了解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律。2知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。（二）過程與方法經(jīng)歷科學(xué)探究過程，認識科

4、學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律。（三）情感、態(tài)度與價值觀領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。五、教學(xué)重點難點重點 ：光電效應(yīng)的實驗規(guī)律難點：愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義六、教學(xué)策略與手段教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流的導(dǎo)學(xué)案方式七、課前準備1、學(xué)生的學(xué)習(xí)準備：學(xué)生在上課前完成導(dǎo)學(xué)案的預(yù)習(xí)提綱及展示質(zhì)疑內(nèi)容，準備好課本，課堂作業(yè)本和筆。2、教師教學(xué)準備：檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，精心做好教學(xué)設(shè)計，細心備好課，設(shè)計好板書和課后作業(yè)，教學(xué)用具準備光電效應(yīng)演示器和多媒體課件。八、教學(xué)過程第一課時（一）導(dǎo)入新

5、課【教師講解】光究竟是什么？讓我們再次回顧歷史上對光的本性之爭。最初，牛頓認為光是一種微粒，惠更斯認為是一種波，二者都各自能解釋一些現(xiàn)象，由于牛頓在學(xué)術(shù)界的地位，而波動說又缺少有力的實驗事實，人們傾向于光是一種粒子的看法。直到發(fā)現(xiàn)了光的干涉、衍射這一波特有的現(xiàn)象之后，人們才開始從波的角度研究光。麥克斯韋提出光是一種電磁波，并建立了完善的電磁場理論，光的波動理論似乎很完美了。既然如此，為什么本節(jié)又要談?wù)摗肮獾牧Ｗ有浴蹦?？讓我們先做一個實驗。實驗演示：（參見教材圖17.2-1）教師介紹實驗器材，并說明由于實驗室沒有鋅板，用光電管代替，然后演示，引導(dǎo)學(xué)生觀察電流表的指針偏轉(zhuǎn)情況。（課件輔助講述）用弧

6、光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線與不帶電的驗電器相連），使驗電 器張角增大到約為 30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。學(xué)生：認真觀察實驗。啟發(fā)猜想：為什么用紫外線照射鋅板會引發(fā)驗電器的指針偏轉(zhuǎn)？（學(xué)生會提出多種猜想）引導(dǎo)分析：鋅板本身是電中性的，現(xiàn)在它帶了正電，說明在紫外線的照射下鋅板中的自由電子跑了。【教師提問】為什么在紫外線的照射下鋅板中的自由電子會跑出來呢？引導(dǎo)分析：讓學(xué)生結(jié)合以前的知識回想電子在核外運動的運動情況；光波是一種電磁波，它要形成電場，電子處在電場中要受到電場力的作用。啟發(fā)猜想：改用其他的光（比如紅光）來照射會不會照射出電子？或用其他的

7、材料做實驗會不會照射出電子？學(xué)生根據(jù)已有的知識，猜想一定會發(fā)生與剛才相同的現(xiàn)象，然而這是做實驗卻沒有電子跑出來。激起學(xué)生的認知沖突，學(xué)生急于想弄懂：為什么用紫光能照射出電子而用紅光就不能照射出電子呢？（二）新課教學(xué)1、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律【教師講解】我們剛才做的實驗是科學(xué)史上一個非常重要的實驗，這個實驗的焦點在于“為什么用紅光照射鋅板打不出電子”，科學(xué)家將實驗裝置進行了改進，得到了很多出人意料的規(guī)律，下面我們一起來學(xué)習(xí)：（板書）光電效應(yīng)的實驗規(guī)律讓學(xué)生閱讀總結(jié)：光電效應(yīng)現(xiàn)象（板書） 在光(包括不可見光)的照射下，從物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來的電子叫做光電子。引導(dǎo)學(xué)生分析實驗裝置（教

8、科書圖17.2-2），介紹實驗原理。如圖所示，光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出-光電子。光電子在電場作用下形成光電流?！窘處熖釂枴繛槭裁匆诱螂妷?？不加正向電壓電路中有電流嗎？分析解答：光束照在陰極K上會發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，但只有極少的電子能到達陽極A，電路中電流很小。加了正向電壓后，大量的電子在電場力的作用下向陽極運動，形成較大電流。（加正向電壓的目的是放大實驗效果，增強實驗“可見性”）?！窘處熖釂枴勘３止庹諚l件不變，逐漸加大兩極之間的電壓，大家分析會怎樣變化？引導(dǎo)分析：學(xué)生根據(jù)電場力知識會得到電流會得到增大的結(jié)論。有的學(xué)生會分析出電流會增大到一個極限值。（看完后做演示實驗）教師解答：同

9、學(xué)們的分析會與實驗結(jié)果一致嗎？我們一起來閱讀教科書的實驗結(jié)果引導(dǎo)看書：存在飽和電流。（板書）存在飽和電流：對于一定顏色（頻率）的光，入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多?！窘處熤v解】當所加電壓為0時，電流并不為0。只有施加反向電壓，也就是陰極接電源正極，陽極接電源負極，在光電管兩極間形成使電子減速的電場，這時電流才可能為0，使光電流為0的反向電壓成為遏止電壓。（板書）遏止電壓及其公式根據(jù)動能定理，有【教師提問】對剛才的實驗，加了遏止電壓后，如果再增大入射光的強度，電路中會有光電流嗎？減弱光的強度，遏止電壓會減小嗎？引導(dǎo)分析：學(xué)生按照經(jīng)典理論解釋一定會有光電流，因為入射光越強，電子吸收到的能

10、力就越多，電子跑出來的動能也越大，剛才的這個電壓就不能遏止住了，減弱光的強度，遏止電壓肯定會減小?！窘處熃忉尅客瑢W(xué)們分析的很好，但科學(xué)家經(jīng)過實驗研究發(fā)現(xiàn)，此時無論是入射光的強度增大到多大，都沒有光電流產(chǎn)生。而且實驗發(fā)現(xiàn)只要是同一頻率的光都有相同的遏止電壓，與光的強度無關(guān)。如果改變光的頻率，遏止電壓也會隨之改變。（板書）光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強弱無關(guān)。引導(dǎo)看書：截至頻率（板書）截至頻率：當入射光的頻率低于截止頻率時不能發(fā)生光電效應(yīng)，不同金屬截至頻率不同?！狙菔緦嶒灐坑貌煌臑V光片，觀察現(xiàn)象實驗結(jié)果是射出的光電子的能量與入射光的強度無關(guān)，只與頻率有關(guān)。剛才的分析認為，有光電

11、流是因為光的能量在電子身上疊加，進一步說明入射光的能量并沒有在電子身上疊加，引發(fā)學(xué)生的認知沖突。引導(dǎo)猜測：電子是怎樣吸收入射光的能量的呢？當年愛因斯坦等大量科學(xué)家也在做這樣類似的猜測?！窘處熖釂枴咳绻肷涔獾念l率超過截至頻率，做兩次實驗，第一次用很弱的光照射，第二次用很強的光照射，請問那一次光電子從鋅板跑出來的時間長些？引導(dǎo)分析：學(xué)生會根據(jù)積累效應(yīng)分析；如果入射光很弱，光子積累到跑出來的能量需要更多時間。但實驗的結(jié)果又是怎樣的呢？演示實驗（板書）光電效應(yīng)具有瞬時性：發(fā)生觀點效應(yīng)幾乎不需要反應(yīng)時間。2光電效應(yīng)解釋中的疑難引導(dǎo)看書：光電效應(yīng)解釋中的疑難（板書）逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小

12、值。 【教師總結(jié)】同學(xué)們根據(jù)自己已有的知識對光電效應(yīng)可能發(fā)生的現(xiàn)象進行了猜測和分析，我們發(fā)現(xiàn)我們的推測與實驗大相徑庭，是我們學(xué)的知識錯了還是面對新的實驗事實應(yīng)該建立新的理論呢？我們來看科學(xué)家是怎樣面對的？3愛因斯坦的光電效應(yīng)方程引導(dǎo)學(xué)生看書：愛因斯坦的光電效應(yīng)方程【教師講解】愛因斯坦一輩子很少做實驗，他是一個偉大的物理學(xué)家，但他非常尊重實驗事實，當理論與實驗事實相矛盾時他傾向?qū)嶒灒瑸榱私忉尮怆娦?yīng)實驗規(guī)律，他接受并發(fā)展可普朗克都惶惑的能量子觀點，提出光子說提出光子說，從而成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律。（板書）光子：光本身是由一個個不可分割的能量子組成的， 頻率為的光子能量為h，其中h為普朗克常量，

13、這些能量子叫做光子。（板書）愛因斯坦光電效應(yīng)方程：（其中Ek為電子從金屬表面逸出的最大初動能，h為一個光子的能量，W0為逸出功，與頻率的關(guān)系是）（1）內(nèi)容：光不僅在發(fā)射和吸收時以能量為h的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時也是如此。也就是說，頻率為 的光是由大量能量為 E =h的光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速 c 運動。（2）愛因斯坦光電效應(yīng)方程在光電效應(yīng)中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功W0，另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭幽?Ek 。由能量守恒可得出：W0為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功Wk為光電子的最大初動能。（3）愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋：光強大，光

14、子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時間的累積。 從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻率成線性關(guān)系從光電效應(yīng)方程中，當初動能為零時，可得極限頻率：愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當時并未被物理學(xué)家們廣泛承認，因為它完全違背了光的波動理論。九、板書設(shè)計§17.2 光的粒子性一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律 1、光電效應(yīng)現(xiàn)象：2、存在飽和電流：入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光子數(shù)越多。3、遏止電壓及其公式：4、光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強弱無關(guān)5、截至頻率：當入射光的頻率低于截止頻率時不能發(fā)生光電效應(yīng)，不同金屬截至頻率不同。6、光電效